李 光, 趙戰(zhàn)鋒, 夏長念, 陳小偉, 范立鵬，張洪昌，范文錄

(1.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司眼前山分公司, 遼寧 鞍山 114001；2. 中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

1 前言

自然崩落法是用普通的回采方法采出階段內(nèi)礦體某個水平的一薄層礦石，使階段內(nèi)的礦體失去支撐，礦巖在自身重力、原巖應(yīng)力和節(jié)理裂隙的作用下崩落，將崩落的礦巖從階段水平放出，使其上部的礦石繼續(xù)破裂，并借助重力作用崩落。隨著崩落開始后更多的巖石被放出，崩落在礦體中或礦塊中向上擴(kuò)展，直至到覆蓋巖石崩落，并產(chǎn)生地表塌陷。破碎的礦石則通過位于拉底水平之下的生產(chǎn)水平(或叫出礦水平)運(yùn)出，之間通過聚礦槽或漏斗連接。和傳統(tǒng)的無底柱或有底柱分段崩落法相比，自然崩落法除了拉底和形成底部結(jié)構(gòu)需要鑿巖爆破外，其余的礦巖不需鑿巖爆破，因此大大減少了炸藥消耗量和采切工程量，生產(chǎn)效率高，勞動強(qiáng)度大大降低，因而采礦成本低，它是在生產(chǎn)成本上唯一能與露天開采相媲美的地下采礦方法[1-2]。

眼前山鐵礦距鞍山市中心22km，北鄰砬子山鐵礦，西鄰關(guān)門山鐵礦，東鄰谷首峪村，南鄰洪臺溝村。眼前山鐵礦的礦體具有厚度大、產(chǎn)狀陡和品位低等特點，相對適合自然崩落法采礦。自然崩落法采礦中首先需要解決的問題是可崩性評價，以往多數(shù)可崩性評價主要參數(shù)是在空間劃分不同的工程地質(zhì)域，在每個域內(nèi)進(jìn)行評價。本文基于采礦模型估值的思想，將每個可崩性評價參數(shù)賦予塊體模型中，旨在得到更為精確和完善的可崩性評價結(jié)論。

2 地質(zhì)背景

眼前山鐵礦床大地構(gòu)造位置位于中朝準(zhǔn)地臺(Ⅰ)膠遼臺隆(Ⅱ)太子河—渾江臺陷(Ⅲ)遼陽—本溪凹陷(Ⅳ)構(gòu)造單元的西部，齊大山—西大背鐵礦成礦帶的南端[3]。礦區(qū)出露的地層為太古界鞍山群櫻桃園組、下元古界遼河群浪子山組和新生界第四系地層。櫻桃園組是礦區(qū)內(nèi)分布最廣的地層，總體走向270°～300°，傾向北東，傾角80°左右，出露厚度450m，由三個巖段組成，即底部千枚巖段，中部閃石磁鐵石英巖、磁鐵石英巖段和上部千枚巖段。浪子山組地層僅見于ⅩⅤ剖面北端，不整合覆蓋在鞍山群千枚巖之上，巖石以絹云母千枚巖為主，底部見有礫巖、石英巖扁豆體斷續(xù)分布。

礦區(qū)基本構(gòu)造格局為陡傾斜單斜構(gòu)造，走向270°～300°，傾向北東或南西。傾角70°～88°，局部直立。在單斜層基本構(gòu)造格局上，產(chǎn)生一系列斷裂構(gòu)造，按其空間展布特征可分為走向斷層、斜交斷層和橫斷層三組。走向斷層分布在礦體內(nèi)和礦體的頂?shù)装逄?，多被中性巖脈充填。斜交斷層：是礦區(qū)最發(fā)育的一組斷裂，對礦體破壞亦較大，呈315°～320°方向展布，傾向NE，傾角45°～80°。橫斷層是礦區(qū)內(nèi)最晚的一期斷裂，它切割走向和斜交兩組斷層，一般水平斷距不大，斷層帶內(nèi)由千枚巖、鐵礦角礫充填，具體如圖1所示。

圖1 -123m標(biāo)高地質(zhì)圖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖較為發(fā)育，主要為太古代花崗巖，分布于礦體下盤及其兩端，按其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及組成成分的不同，分為片麻狀花崗巖、眼球狀花崗巖，以片麻狀花崗巖為主。

區(qū)內(nèi)分布有中酸性、中性巖脈，多呈脈狀，少數(shù)呈小巖體或巖墻狀產(chǎn)出。見有閃長巖、花崗斑巖、偉晶巖脈、石英脈和正長斑巖等。

3 資源模型

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

資源模型是可崩性評價模型的基礎(chǔ)，所有可崩性參數(shù)的估值都將在資源模型上進(jìn)行。本次研究建模共收集到66個鉆孔和巷道工程數(shù)據(jù)，其中12個工程有測斜數(shù)據(jù)，其他工程測斜數(shù)據(jù)根據(jù)剖面鉆孔形態(tài)提取，分析樣品共計1 691個。樣品全鐵品位直方圖如圖2所示，樣品平均品位29.13%。

圖2 樣品全鐵品位直方圖

3.2 礦體模型

建模中使用已經(jīng)完成地質(zhì)報告剖面中礦體的圈定成果，對于礦石類型進(jìn)行了合并，礦石類型分為磁鐵礦、赤鐵礦和碳酸鐵。

建模采用距離平方反比法來對未知塊進(jìn)行品位估值，模型的塊尺寸為10m×10m×10m。估值橢球體產(chǎn)狀：傾向15°，傾角70°?；舅阉靼霃剑?20m×80m×20m(走向×傾向×厚度)。估值最少樣品數(shù)3個，估值最多樣品數(shù)9個。資源量級別采用手工圈定的方式確定。

4 可崩性評價參數(shù)模型估值

4.1 巖性模型

礦區(qū)內(nèi)巖性類型相對復(fù)雜，為了有效的指導(dǎo)生產(chǎn)，同時建模相對方便，本次研究將礦區(qū)內(nèi)千枚巖、云母石英片巖、綠泥石英片巖和綠泥角閃巖等組合簡化為千枚巖(巖性代號1)，礦體下盤片麻狀花崗巖和眼球狀花崗巖簡化為花崗巖(巖性代號2)，礦石分為磁鐵礦(巖性代號10)、赤鐵礦(巖性代號20)和碳酸鐵礦(巖性代號30)。巖性建模的方法是利用剖面圈定不同巖性，在空間上連接為線框模型，在線框模型中賦以巖性代碼。

4.2 構(gòu)造模型

礦區(qū)構(gòu)造運(yùn)動經(jīng)歷了太古宙構(gòu)造運(yùn)動到新構(gòu)造運(yùn)動的漫長的演化歷史，形成了現(xiàn)在復(fù)雜的構(gòu)造格局。但對于礦石可崩性影響較大的還是中—新生代脆性斷裂變形，因此構(gòu)造模型主要構(gòu)造為成礦后斷裂構(gòu)造。構(gòu)造建模的方法是利用剖面構(gòu)造研究成果，在空間上連接為線框模型，在構(gòu)造通過的塊上賦值，表示該塊中有斷層通過。

4.3 節(jié)理裂隙模型

眼前山鐵礦可崩性研究中通過傳統(tǒng)測線法和三維激光掃描法對巷道結(jié)構(gòu)面進(jìn)行統(tǒng)計分析。調(diào)查顯示眼前山鐵礦東部礦區(qū)巷道中巖體主要發(fā)育有3組優(yōu)勢節(jié)理組，其產(chǎn)狀主要為22°∠76°、194°∠81°和274°∠33°。

根據(jù)優(yōu)勢節(jié)理組產(chǎn)狀，將礦區(qū)崩落范圍內(nèi)的節(jié)理裂隙分為三組，F(xiàn)1:0°～90°(傾向)；F2:90°～180°(傾向)；F3:180°～360°(傾向)。節(jié)理裂隙模型估值分為兩步，首先將每個塊內(nèi)包含的節(jié)理數(shù)量寫入模型中，然后根據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀將節(jié)理數(shù)量作為變量估值，從而形成節(jié)理裂隙模型。塊包含節(jié)理數(shù)量估值參數(shù)：模型塊尺寸10m×10m×10m，搜索范圍為矩形。F1:傾向30°、傾角60°，10m×10m×10m；F2:傾向150°、傾角30°，10m×10m×10m；F3:傾向260°、傾角60°，10m×10m×10m。樣品數(shù)量最少1，最多200。模型中節(jié)理類型密度估值參數(shù)：F1傾向30°、傾角60°，200m×200m×20m；F2傾向150°、傾角30°，200m×200m×20m，F(xiàn)3傾向260°、傾角60°，200m×200m×20m。樣品數(shù)量最少2，最多6。

4.4 RQD模型

礦區(qū)內(nèi)已經(jīng)施工的鉆孔中各種巖性RQD統(tǒng)計平均值為48.68%～93.99%。RQD統(tǒng)計見表1。RQD為標(biāo)量參數(shù)，模型估值沒有方向。RQD估值參數(shù)：傾向0°、傾角0°，200m×200m×200m；樣品數(shù)量最少2，最多6。

表1 補(bǔ)勘各鉆孔主要巖石RQD值統(tǒng)計表 單位：%

4.5 RMR模型

RMR模型涉及參數(shù)包括巖性、構(gòu)造、節(jié)理裂隙和RQD統(tǒng)計結(jié)果，巖性占比20%，構(gòu)造占比20%，構(gòu)造占比20%，節(jié)理裂隙20%，RQD占比40%，RMR平面分布如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 -123中段RMR平面圖

圖4 -203中段RMR平面圖

圖5 -313中段RMR平面圖

5 結(jié)論

(1)巖石可崩性評價主要參數(shù)包含巖性、構(gòu)造、節(jié)理裂隙和巖石RQD，這些參數(shù)可以直接或者經(jīng)過簡單轉(zhuǎn)化賦予三維模型中，然后在模型每個塊中按照賦予的比例計算RMR。

(2)眼前山鐵礦RMR分布顯示，礦區(qū)東部RMR值明顯高于西部和中部，深部RMR值也較淺部較高，說明中西部和淺部巖石的可崩性更高。